大型电站锅炉炉内结渣的监控及解决策略.pdf

第1 4 卷( 2 0 1 2 年 第 6 期) 电 力 安 全技 术 J 大型电站锅炉炉内结渣的监控及解决策略 晏 海能 ( 淮 阴发电有限责任 公司，江苏 淮安2 2 3 0 0 2 ) 摘要 炉内结渣危及锅炉的安全和经济运行 ，目前仍没有有效的 自动监控手段。通过分析 和实例，提 出一种 简单、有效的炉内结渣监控 方式，可及时判断炉内结渣程度 ，合理进行吹灰 ，既 能保证锅炉的安全运行 ， v , A g 减少吹灰用汽，提 高锅炉的经济性。 关键词锅 炉；结渣；积灰 ；监控 目前 ，煤炭供应形势越来越紧张 ，各火力发 电 厂为提高经济效益，在很难燃用设计煤种、甚至无 法燃用校核煤种的情况下，掺煤混烧已成为火电厂 的必然选择。很多火 电厂燃用硫分高、灰熔点低的 劣质煤，这些煤种对炉膛结渣有较大的影响 ，甚至 会因炉内结渣严重而引起停炉事故 。因此，在燃用 劣质煤时，加强对炉内结渣的监控和预防就显得尤 为重要。 1 炉 内结渣的特性 炉 内结渣是指熔化 的灰沉积物在受 热面上的 积聚 ，多发生在炉 内辐射受热面上。大型煤 粉锅 炉炉 内煤粉在 0 0 30 0 5 s的时间内即被加热到 1 6 0 0以上，因此，煤粉炉内穿过炉膛火焰 的全 部灰粒都处于液化状态。当处于熔融或半熔融状态 的灰粒到达受热面，很容易粘附在受热面上；再由 于扩散作用 ，会在管子外表面形成薄的、白色 的、 很细的灰沉积层。该层厚度一般为 0 20 5 mm， 具有 良好 的绝热性能 ，不仅会引起炉膛 温度的升 高 ，而且还会造成受热面管子外表面温度 比原来高 很多，使受热面管表面大量结渣成为可能。随着表 面烧结层厚度 的增加 ，积灰表面的温度也升高 ，当 积灰表面的温度升高到接近烟气温度时 ，大量熔融 的灰粒与积灰层相互碰撞，产生烧结反应，结合成 坚实的积灰 ， 使灰层进一步变厚 ， 灰温进一步升高 ， 形成恶性循环， 使灰层表面形成熔融相，有可能形 成液态渣层 。 炉内结渣使炉内传热恶化 ，炉 内辐射传热量减 少 ，炉膛 出口烟温升高 ，对流受热面区域热负荷增 加 ，可能造成受热面管壁超温，同时造成过热器 、 再热器减温水用量大幅增加， 排烟温度也随之升高， 给锅炉 的安全、经济运行带来较大 的影响。目前， 电厂通常使用的方法是加强炉内吹灰 ，但强化吹灰 会带来如下问题 。 ( 1 )炉膛水冷壁吹灰次数过多 ， 造成汽温偏低。 为了提高汽温，需要增加水平烟道末级过热器和末 级再热器管屏处的吹灰次数 ，这样不仅浪费汽源， 也加剧了对管子的冲蚀。 ( 2 )由于吹灰频繁，炉膛水冷壁、过热蒸汽管、 再热蒸汽管管壁过于清洁 ，管子表面缺乏调节换热 的 “ 灰层” ，热量分配容易失衡 ，导致过热汽温与 再热汽温调节 困难 ，对煤种的适应能力变差。 ( 3 )强化 吹灰不利于调整过热蒸汽、再热蒸汽 两侧的汽温。在出现两侧汽温偏差时，调整的手段 和 幅度都非常有 限，常用的方法就是将温度较高一 侧 的减温水或事故喷水开大，来控制受热面的管壁 不超温。 强化吹灰将造成减温水或事故喷水量增加 ， 特别是再热器事故喷水量的增加，使机组煤耗增加 较多 ，使机组的效率降低。 因此 ，必须加强对炉内结渣的预防和监测，以 合理确定吹灰频率 ，从而提高锅炉的安全、经济运 行性能。 2 炉内结渣的预测方法 2 1 用煤灰特性作为判别标准 用煤灰特性作为煤本身结渣特性的判别指标 ， 一 9一 J 电 力 安 全 技 术 第l 4 卷(2 0 1 2 年 第 6 期) 其判别准确率是最高的，许多国家都以此作为判别 的基本依据 。 根据西安热工研究院的研究结果 ，在 G B7 5 6 2 8 7中，以煤的软化温度为基本指标 ，以煤 的低位 发热量为辅助指标。对于 Q 1 2 5 6 0 k J k g的 煤种 ，当 S T 1 3 5 0，属于不结渣煤种 ；当 S T 1 3 5 0，则属于结渣煤种。 哈尔滨电站设备成套设计研究院对我国 2 9 0 种 动力用煤 的灰渣特性进行分析，并用 3段最优分割 来确定 ，以还原性气氛下软化温度作为判别依据 ： ( 1 ) S T1 3 9 0：轻微结渣 ； ( 2 )1 2 6 0S T 1 3 9 0：中等结渣； ( 3 )S Tl 2 6 0：严重结渣。 2 2 用煤灰成分综合指标作为判别标准 煤灰中的成分不同，结渣的倾向性也不 同，如 S i O 和 AL O 是煤灰 中主要 的酸性 物质，S i O 含 量增高 ，使灰熔点上升 ；AL O 具有两面 l生，一方 面 AL 2 O， 会使灰熔点上升 ，另一方面 AL 2 O 3 会与 碱性物质形成低熔点的共晶体，使灰熔点下降。若 采用硅 比、硅铝 比、铁钙比、碱酸比 4项指标来作 为判别标准 ，则判别的准确率较低 ；而采用煤灰综 合指数 R法 ，判别的准确率则相对较高。 实践 中，根据上述方法仅能进行炉内结渣的预 测，但具体结渣的严重程度如何 ，在运行 中通过哪 些参数能反映出来，还需在实践 中进行总结摸索。 3 炉内结渣的监控 目前，对炉 内结渣的监视还没有很好的自动监 控手段 ，主要是依靠运行人员的观察。科研单位 已 经对炉 内结渣 自动监督进行开发研究 ，吹灰器程序 控制系统已得到普遍应用 ，目前主要是根据炉内结 渣时运行参数的变化 ，探制炉 内结渣的监控手段 。 3 1 根据炉膛出口烟气温度进行监控 根据传热学原理 ， 炉内辐射传热基本公式如下 一 ! 4二 ! 一 ( 1 ) 一 I l J 式 中：0厂一 相对于 l k g燃料的炉膛辐射吸热量 ， k J k g； 炉膛系统黑度 ； 厂一 绝对黑体辐射常数，为 2 ， 0 41 0 1 k J ( m h K ) ； 一 一 瓦火焰平均有效温度 ，K； 水冷壁积灰污染层表面温度 ，K； 厂一 炉膛有效辐射受热面积 ，m ； 尽计算燃料消耗量 ，k g h 。 由分析可知，随着水冷壁表面积灰的增加，水 冷壁积灰污染层表面温度会升高 ，使得炉膛辐射吸 热量减少。 烟气在炉膛内的放热公式为： f = V C 。 ( 一 ) ( 2 ) 式中： 考虑散热损失的保温系数 ； 1 k g燃料的烟气量 ，NI n 3 k g ； 炉内烟气的比热容，k J ( Nm K) 。 理论燃烧温度 ，K； 炉膛出口烟气温度 ，K。 由此可知 ，当炉 内结渣严重时 ， 升高，所 以 是反映炉 内结渣状态较好 的参数。但是 ，在 实际应用中，用炉膛 出口烟温作为炉内结渣的监控 参数时，仍存在困难：一是高温烟气的测量问题， 采用水冷抽气热偶测量精度较差 ，不能作为 长期连 续测量的手段 ，所以用高温过热器或高再热器后的 烟气温度来替代 ；二是大型锅炉炉膛出 口烟道截面 积大，烟气温度偏差很大 ，难以找到具有代表性 的 测量点 ；三是炉膛 出口烟温受运行工况，如 ：磨组 的变化 ，一、二次风的调整等影响较大 ，并不单纯 反映炉 内结渣情况，因此 ，难以确定某个定值来严 格界定炉膛是否结渣。 为此，有必要寻找其他的参数来反映炉内的结 渣情况。 3 2 用蒸汽侧的吸热量来计算炉膛出口烟气温度 华北电力大学研究提 出，可通过锅炉汽水侧参 数来计算 出炉膛 出口烟温。其主要思路是 ：对于汽 包锅炉，当煤种变化不大 时，可以用省煤器 出口联 箱水温的测量和布置在炉膛 内过热器、再热器吸热 量的测量 ，替代炉膛出 口烟温的测量 。 如式 ( 2 ) ，只要计算出